动态机械分析（DMA）：解锁下一代复合材料性能的关键技术

来源：日立分析仪器（上海）有限公司 2025年05月09日 08:45

在我们共同迈向节能交通的过程中，减轻车辆和飞机重量的压力日益增加。复合材料凭借其卓越的强度重量比、耐腐蚀性和刚度，在汽车和航空航天工业中被广泛用于减重。

尽管碳纤维玻璃纤维复合材料趋势盛行，但对复合材料领域的研究仍在迅速推进。全球科研机构正在开发石墨烯、碳纳米管和高性能聚合物等新材料。随着减轻复合材料重量的压力进一步加剧，新一代先进复合材料的开发正如火如荼地进行中。

机械分析在复合材料开发中发挥的作用

新型高性能复合材料开发的核心在于确保其物理性能能够满足严苛的应用需求。随着轻质复合材料被用于飞机机身和车身面板，对刚度、强度和阻尼性能的深入评估变得至关重要。动态热机械分析（DMA）在分析材料的粘弹性特性方面极为有用，尤其擅长以极高的精度检测玻璃化转变温度。

DMA：简要概述

简单来说，就是向样品施加变化的（动态）力，并检测样品相应的形变。外加力（正弦曲线）和形变之间的关系可提供大量有用信息，尤其是当温度也发生变化时。例如，弹性和粘性可以通过施加的应力和应变计算得出，这些应力和应变被绘制为温度和/或时间的函数。

为什么DMA对复合材料开发如此有用？

DMA的主要用途是测量材料的粘弹性特性，重点是高精度的玻璃化转变温度测定。本质上，DMA为研究人员提供了一种工具，可以快速确定新型复合材料开发中需要或避免的关键特性。对于汽车、飞机和电子应用，DMA分析可用于评估由于温度、应力或频率变化引起的机械行为变化，如刚度或阻尼。这为开发能够承受航空航天和电子应用环境条件的复合材料提供了关键信息。

DMA在确定碳纤维复合材料的固化水平方面也起着至关重要的作用。通常，完全固化并不是理想状态，而DMA可以精确识别达到所需性能需要的最佳固化水平。此外，它还可以在预浸料使用前评估其固化状态。

其他有用的热分析技术

DMA只是支持复合材料研究一系列热分析技术中的一种。

热机械分析法（TMA）可测量样品尺寸随时间或温度变化而产生的变化。它用于评价样品在一定温度范围内的膨胀或收缩，并高精度评估热膨胀和玻璃化转变温度。

同步热分析法（STA）可在单一装置中同时测量DSC和TGA信号。同步热分析法用于评价耐热性、分解温度、通过TGA数据对组分进行定量分析、以及通过DSC进行比热容Cp测试。

差示扫描量热法（DSC）用于测量热流，通过提供热物性（如熔点、玻璃化转变和结晶）来进行材料表征。

用于复合材料研究的日立NEXTA DMA

NEXTA DMA200是一款用于先进材料开发和产品质量控制的动态热机械分析仪。

作为日立分析仪器高规格热分析系列的最新产品，DMA200提供了更高的最大加载力，通过简单的故障诊断、无缝数据交换和简易的测量夹具互换，提高测试效率。Real View®支持有价值的实时观察，“向导模式”可以帮助初学者，电子冷却可替代液氮进行零度以下的测量。

相比于既往型号，升级后的DMA200最大加载力翻倍增长，达到20N。这使得客户能够对其样品施加更高的应力，非常适合表征需要较大形变力的材料。

对于处理硬质样品（如碳纤维复合材料），这种扩展功能尤其有利，使其能够实现精确可靠的材料表征。在航空航天应用、尖端汽车技术等方面，DMA200加载力增强可使人们能够更深入地探索材料的机械性能。

结论
复合材料进步发展对未来的节能运输至关重要。通过利用NEXTA DMA等先进工具，研究者和制造商可以确保新复合材料满足高性能应用的严格要求。这不仅支持开发更轻、更强、更耐用的材料，而且还加快了向可持续运输解决方案的过渡。

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